1. 簡(jiǎn)介
CAN總線(xiàn)由德國B(niǎo)OSCH公司開(kāi)發(fā)，最高速率可達到1Mbps。CAN的容錯能力特別強，CAN控制器內建了強大的檢錯和處理機制。另外不同于傳統的網(wǎng)絡(luò )（比如USB或者以太網(wǎng)），CAN節點(diǎn)與節點(diǎn)之間不會(huì )傳輸大數據塊，一幀CAN消息最多傳輸8字節用戶(hù)數據，采用短數據包也可以使得系統獲得更好的穩定性。CAN總線(xiàn)具有總線(xiàn)仲裁機制，可以組建多主系統。?
2. CAN標準
CAN是一個(gè)由國際化標準組織定義的串行通訊總線(xiàn)。最初是用于汽車(chē)工業(yè)，使用兩根信號總線(xiàn)代替汽車(chē)內復雜的走線(xiàn)。CAN總線(xiàn)具有高抗干擾性、自診斷和數據偵錯功能，這些特性使得CAN總線(xiàn)在各種工業(yè)場(chǎng)合廣泛使用，包括樓宇自動(dòng)化、醫療和制造業(yè)。
CAN通訊協(xié)議ISO-11898：2003標準介紹網(wǎng)絡(luò )上的設備間信息是如何傳遞的，以及符合開(kāi)放系統互聯(lián)參考模型（OSI）的哪些分層項。實(shí)際通訊是在連接設備的物理介質(zhì)中進(jìn)行，物理介質(zhì)的特性由模型中的物理層定義。ISO11898體系結構定義七層，OSI模型中的最低兩層作為數據鏈路層和物理層，見(jiàn)圖2-1。
圖2-1：ISO 11898標準架構分層
在圖2-1中，應用程序層建立了上層應用特定協(xié)議，如CANopenTM協(xié)議的通訊鏈路。這個(gè)協(xié)議由全世界的用戶(hù)和廠(chǎng)商組織、CiA維護，詳情可訪(fǎng)問(wèn)CiA網(wǎng)站：can-cia.de。許多協(xié)議是專(zhuān)用的，比如工業(yè)自動(dòng)化、柴油發(fā)動(dòng)機或航空。另外的工業(yè)標準例子，是基于CAN的協(xié)議的，由KVASER和Rockwell自動(dòng)化開(kāi)發(fā)的DeviceNetTM。
3. 標準CAN和擴展CAN
CAN通訊協(xié)議是一個(gè)載波偵聽(tīng)、基于報文優(yōu)先級碰撞檢測和仲裁（CSMA/CD+AMP）的多路訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議。CSMA的意思是總線(xiàn)上的每一個(gè)節點(diǎn)在企圖發(fā)送報文前，必須要監聽(tīng)總線(xiàn)，當總線(xiàn)處于空閑時(shí)，才可發(fā)送。CD+AMP的意思是通過(guò)預定編程好的報文優(yōu)先級逐位仲裁來(lái)解決碰撞，報文優(yōu)先級位于每個(gè)報文的標識域。更高級別優(yōu)先級標識的報文總是能獲得總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)權，即：標識符中最后保持邏輯高電平的會(huì )繼續傳輸，因為它具有更高優(yōu)先級。
ISO-11898:2003標準，帶有11位標識符，提供的最高信號速率從125Kbps到1Mbps。更遲一些的修訂標準使用了擴展的29位標識符。標準11位標識符位域參見(jiàn)圖3-1，提供2048個(gè)不同的報文標識符，擴展29位標識符位域參見(jiàn)圖3-2，提供537百萬(wàn)個(gè)不同報文標識符。
3.1 標準CAN
標準CAN只有11位標識符，每幀的數據長(cháng)度為51+（0~64）=（51~117）位。注：不計位填充（位填充將在本文第5節描述）。
圖3-1：標準CAN---11位標識符
·?SOF - 幀起始，顯性（邏輯0）表示報文的開(kāi)始，并用于同步總線(xiàn)上的節點(diǎn)。
·?標識符 - 標準CAN具有11位標識符，用來(lái)確定報文的優(yōu)先級。此域的數值越小，優(yōu)先級越高。
·?RTR - 遠程發(fā)送請求位，當需要從另一個(gè)節點(diǎn)請求信息時(shí)，此位為顯性（邏輯0）。所有節點(diǎn)都能接收這個(gè)請求，但是幀標識符確定被指定的節點(diǎn)。響應數據幀同樣被所有節點(diǎn)接收，可以被有興趣的節點(diǎn)使用。
·?IDE - 標識符擴展位為顯性時(shí)表示這是一個(gè)標準CAN格式，為隱形表示這是擴展CAN格式。
·?r0 - 保留位（可能將來(lái)標準修訂會(huì )使用）
·?DLC - 4位數據長(cháng)度代碼表示傳輸數據的字節數目，一幀CAN最多傳輸8字節用戶(hù)數據
·?數據0~8 – 最多可以傳輸8字節用戶(hù)數據
·?CRC - 16位（包括1位定界符）CRC校驗碼用來(lái)校驗用戶(hù)數據區之前的（包含數據區）傳輸數據段。
·?ACK - 2位，包含應答位和應答界定符。發(fā)送節點(diǎn)的報文幀中，ACK兩位是隱性位，當接收器正確地接收到有效的報文，接收器會(huì )在應答位期間向發(fā)送節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)顯性位，表示應答。如果接收器發(fā)現這幀數據有錯誤，則不向發(fā)送節點(diǎn)發(fā)送ACK應答，發(fā)送節點(diǎn)會(huì )稍后重傳這幀數據。
·?EOF – 7位幀結束標志位，全部為隱性位。如果這7位出現顯性位，則會(huì )引起填充錯誤。
·?IFS – 7位幀間隔標志位，CAN控制器將接收到的幀正確的放入消息緩沖區是需要一定時(shí)間的，幀間隔可以提供這個(gè)時(shí)間。
3.2 擴展CAN
擴展CAN具有29位標識符，每幀數據長(cháng)度為71+（0~64）=（71~135）位。注：不計位填充（位填充將在本文第5節描述）。
圖3-2：擴展CAN---29位標識符
擴展CAN消息相對于標準CAN消息增加的內容如下：
·?SRR – 代替遠程請求位，為隱性。所以當標準幀與擴展幀發(fā)送相互沖突并且擴展幀的基本標識符與標準幀的標識符相同時(shí)，標準幀優(yōu)先級高于擴展幀。
·?IDE – 為隱性位表示標志位擴展幀，18位擴展標識符緊跟著(zhù)IDE位。
·?r1 – 保留
4.CAN消息
4.1仲裁
典型CAN的基本原理見(jiàn)圖4-1所示，從圖中可以看出，總線(xiàn)邏輯狀態(tài)與驅動(dòng)器輸入和接收器輸出邏輯是相反的。正常情況下，邏輯高電平為1，邏輯低電平為0，但是CAN總線(xiàn)卻是邏輯高電平為0，稱(chēng)為顯性，邏輯低電平為1，稱(chēng)為隱性。所以很多收發(fā)器的驅動(dòng)器輸入端都會(huì )內置上拉電阻，在沒(méi)有任何輸入時(shí)，CAN總線(xiàn)就會(huì )表現為隱性（邏輯低電平）。
圖4-1：反轉的CAN總線(xiàn)邏輯
在總線(xiàn)空閑時(shí)，最先開(kāi)始發(fā)送報文的節點(diǎn)獲得發(fā)送權。
如果多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)總線(xiàn)，CAN使用非破壞式、逐位仲裁的方式?jīng)Q定哪個(gè)節點(diǎn)使用總線(xiàn)：各發(fā)送節點(diǎn)從仲裁域（標識符和RTR域）的第1位開(kāi)始進(jìn)行仲裁，連續輸出顯性電平（0）最多的節點(diǎn)可以繼續發(fā)送。因此標識符數值越低的CAN報文，優(yōu)先級越高。標識符數值為0的CAN報文，具有最高優(yōu)先級，因為它輸出的顯性電平最多。
4.2消息類(lèi)型
CAN有四種不同的報文類(lèi)型：數據幀、遠程幀、錯誤幀和過(guò)載幀。
5.位填充機制
幀起始、仲裁域、控制域、數據域以及CRC校驗和域，均通過(guò)位填充方法編碼。位填充是指，無(wú)論何時(shí)，發(fā)送器只要檢測到位流中有5個(gè)連續相同邏輯的位，便會(huì )自動(dòng)在位流中插入一個(gè)補碼位。舉例來(lái)說(shuō)，如果連續5個(gè)顯性位，則在5個(gè)顯性位之后自動(dòng)插入1個(gè)隱性位。接收器會(huì )自動(dòng)刪除這個(gè)插入的填充位。
數據幀或遠程幀的剩余位域（CRC界定符、應答域和幀結尾域）形式固定，不填充。錯誤幀和過(guò)載幀也不填充。
CAN網(wǎng)絡(luò )同步需要足夠多的上升沿，這是CAN協(xié)議規定位填充的目的之一。位填充的其它作用：確保數據幀不會(huì )被當作錯誤幀（由6個(gè)連續的顯性或隱性位組成）、確保正確識別幀結束標志（7個(gè)連續隱性位）。
6. 錯誤檢測和故障界定
CAN總線(xiàn)具有很高的健壯性，這可能要歸功于CAN具有多種錯誤檢查機制。CAN協(xié)議制定了5種錯誤檢測方法：三種位于報文層，兩種位于位流層。如果一個(gè)數據幀出現錯誤，那么這個(gè)幀會(huì )被丟棄，并且接收節點(diǎn)還會(huì )發(fā)送一個(gè)錯誤幀。這會(huì )強制發(fā)送節點(diǎn)重復發(fā)送出錯的報文，直到接收節點(diǎn)正確接收。如果同一個(gè)報文重復出錯，達到一定次數后，發(fā)送節點(diǎn)可以關(guān)閉發(fā)送功能以降低對總線(xiàn)的影響。
報文層的錯誤檢測包括CRC和ACK。16位的CRC域包含15位校驗和、1位界定符。ACK域包括1位應答位、1位界定符。
CRC校驗錯誤很好理解，它對數據域以及數據域之前的位生產(chǎn)CRC校驗。由于一幀CAN報文數據流很?。ㄗ疃?個(gè)用戶(hù)數據），所以15位CRC的偵錯能力非常優(yōu)秀。
ACK域是怎么起作用的呢？這是由CAN協(xié)議規定的，即發(fā)送節點(diǎn)發(fā)送一幀數據后，接收節點(diǎn)必須向發(fā)送節點(diǎn)應答，如果發(fā)送節點(diǎn)沒(méi)有收到接收節點(diǎn)的應答信號，就會(huì )認為自己發(fā)送失敗，從而重傳數據。
報文層的第三種錯誤檢查方法是格式檢查。這種檢查會(huì )監控報文中那些一定為隱性位的域，如果這些域中出現顯性位，則檢測到格式錯誤。這些域包括SOF、EOF、ACK的界定符和CRC的界定符。
位流層的錯誤檢測之一是發(fā)送到總線(xiàn)上的每一個(gè)數據位，都會(huì )被監視，如果發(fā)現發(fā)送的位和總線(xiàn)上的位不相同時(shí)，產(chǎn)生位錯誤。這種監視機制并不會(huì )監視仲裁域的位，這是因為多個(gè)節點(diǎn)同時(shí)競爭總線(xiàn)時(shí)，優(yōu)先級高的節點(diǎn)可能會(huì )覆寫(xiě)總線(xiàn)上的仲裁域位。
位流層的另外一個(gè)錯誤檢測機制是位填充規則：5個(gè)連續相同邏輯位之后，如果第6個(gè)位的邏輯還和前五個(gè)相同，則產(chǎn)生位填充錯誤。
7.網(wǎng)絡(luò )拓撲
CAN使用差分信號，需要一對信號線(xiàn)，推薦使用雙絞線(xiàn)，網(wǎng)絡(luò )拓撲如圖7-1所示。使用差分信號可以抑制共模干擾、能夠增加系統可靠性，允許使用更高的速率。
高速I(mǎi)SO 11898標準規定了CAN傳輸最高速率為1Mbps，在這個(gè)速率下，傳輸距離最長(cháng)40米（掛接30個(gè)節點(diǎn)，CAN信號不隔離）。推薦節點(diǎn)分支長(cháng)度最大為0.3米、推薦使用帶屏蔽或不帶屏蔽的雙絞線(xiàn)，線(xiàn)纜特性阻抗為120歐姆。
?圖7-1：CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖
8. 終端匹配
終端匹配電阻大小等于傳輸電纜特性阻抗，傳輸電纜特性阻抗由電纜供應商提供，一般近似為Z=√(L/C)。其中L為電纜單位長(cháng)度感抗，C為電纜單位長(cháng)度電容。
由于CAN收發(fā)器結構，從隱性變成顯性由晶體管驅動(dòng)，所以都是很陡的，但是從顯性回到隱性，卻需要終端電阻來(lái)放電，否則就會(huì )由于導線(xiàn)分布電容，緩慢放電，導致位寬錯誤。所以所謂的近距離、低波特率CAN總線(xiàn)不加終端電阻的做法，都是錯誤的。
RS485與CAN總線(xiàn)不同，由于RS485收發(fā)器中一般都內置失效保護電路，在近距離、低波特率下允許不加終端匹配電阻。
9. 電纜與接線(xiàn)
CAN總線(xiàn)采用差分信號傳輸，如果使用帶屏蔽雙絞線(xiàn)，屏蔽層應單點(diǎn)接地。
圖9-11列出帶單屏蔽層的CAN電纜剖析與連接線(xiàn)示范。
?圖9-1：電纜信號分配、接地和終端匹配
通常電纜截面積越小，其分布電容、分布電感和直流電阻越大。當通訊距離較遠時(shí)，電容、電感和直流電阻會(huì )引起信號衰減，波形失真和抖動(dòng)。
一般情況下，電纜供應商會(huì )提供信號衰減圖表。
圖9-2所示的曲線(xiàn)顯示了24-AWG電纜衰減和頻率的關(guān)系。
?圖9-2：信號衰減
10. 差分信號電壓幅值
如圖10-1所示，兩條信號線(xiàn)CAN_H和CAN_L靜態(tài)時(shí)均為2.5V左右，此時(shí)狀態(tài)表示邏輯1，稱(chēng)作隱性；CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱(chēng)為顯性，此時(shí)通常CAN_H電壓3.5V、CAN_L電壓1.5V。
?圖10-1：CAN電平幅值
CAN標準規定，CAN總線(xiàn)上的差分電壓>0.9V才能被識別成顯性電平，<>
表10-1：差分電壓幅值與電平極性關(guān)系
在實(shí)際項目布線(xiàn)時(shí)，容易漏加或者多加終端匹配電阻。我們可以通過(guò)測量CAN差分電壓幅值來(lái)評估是否漏加或多加終端匹配電阻。如果不計導線(xiàn)電阻，終端電阻固定為120歐姆，單節點(diǎn)CAN總線(xiàn)差分電壓如表10-2所示。
表10-2：終端匹配電阻數目與差分電壓幅值關(guān)系
11. 電纜截面積與通訊距離
電纜截面積對通訊距離影響很大，特別是遠距離通訊。遠距離傳輸線(xiàn)上的分布電容、分布電感和直流參數會(huì )引起信號衰減。很多CAN通訊應用都具有距離遠、波特率低的特性。比如本公司的KTC161通訊控制系統使用10kpbs，傳輸距離要不小于3km。這種情況下，傳輸電纜的直流電阻對傳輸距離影響非常大，因為這個(gè)直流電阻會(huì )和終端匹配電阻分壓。
如圖11-1所示，1號節點(diǎn)與2號節點(diǎn)相隔5km，使用的傳輸電纜直流電阻12.8歐姆/km，終端匹配電阻為124歐姆。1號節點(diǎn)發(fā)送的波形差分電壓幅值為2V，經(jīng)過(guò)5km傳輸電纜到2號節點(diǎn)時(shí)，差分電壓幅值大約為1V，信號衰減了一半！我們在上文第10節中提到過(guò)：CAN總線(xiàn)上的差分電壓>0.9V才能被識別成顯性電平，現在2號節點(diǎn)只有1V差分電壓，其可靠性已經(jīng)變的較低。
為了保證可靠的數據通訊，一個(gè)有用的經(jīng)驗法則是：最末端節點(diǎn)差分電壓幅值不小于1.2V。
注意圖中故意忽略了分布電容和分布電感的影響，因此傳輸的波形沒(méi)有畸變。
?圖11-1：傳輸電纜直流電阻分壓示意圖
對于雙絞線(xiàn)，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離可參考表11-1：
表11-1：截面積與最大通訊距離關(guān)系
為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線(xiàn)長(cháng)度。比如使用截面積為1.5 mm2的雙絞線(xiàn)電纜，電纜特性阻抗為120歐姆。傳輸波特率為5kpbs的數據時(shí)，使用120歐姆的匹配電阻最遠可以傳輸5km，但使用300歐姆的匹配電阻則可以傳輸7km！
12. 波特率、終端匹配電阻與通訊距離
上文第11節講述了傳輸線(xiàn)截面積與通訊距離的關(guān)系，本小節將保持傳輸線(xiàn)截面積不變，查看其它參數對通訊距離的影響。以截面積為1.5 mm2屏蔽雙絞線(xiàn)為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關(guān)系如圖12-1所示。其中，當波特率較高，通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實(shí)際項目中都會(huì )對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會(huì )降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時(shí)，通訊距離可達10km！
?圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關(guān)系圖
13. 信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經(jīng)過(guò)隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時(shí)，都會(huì )引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個(gè)延遲，就會(huì )導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。
圖12-1給出了截面積為1.5mm2傳輸電纜，在不同波特率和終端匹配電阻下的最大通訊距離。其中當波特率為1Mbps時(shí)，通訊距離大約為30米。30米的通訊電纜，其傳輸損耗可以忽略不計，此時(shí)影響通訊距離的主要是信號延遲。
通常，傳輸電纜延時(shí)為5ns/m、高速光耦延時(shí)可達25ns、磁耦合隔離器件延遲3~5ns。在CAN通訊系統中，一個(gè)優(yōu)良的延遲標準是：
其中：
tl_MAX：最大延遲時(shí)間
tBIT：位時(shí)間
以1Mbps為例，其位時(shí)間為1us，則tl_MAX < 0.245="" ×="" tbit="0.245" ×="" 1us="">
這也是為什么RS485波特率可以達到10Mbps甚至50Mbps，而CAN標準最大速率只有1Mbps的原因。
表13-1給出了判定延遲的參考標準，在實(shí)際項目中，推薦信號延遲處于良好一欄標準。
表13-1：最大延遲參考標準
14. 節點(diǎn)最小間距
CAN總線(xiàn)是分布式參數電路，其電氣特性和響應主要由沿物理介質(zhì)分布的電感和電容所決定。這里物理介質(zhì)包括連接電纜、連接器、終端和沿總線(xiàn)掛接的CAN設備。
空載情況下，傳輸電纜的特性阻抗近似為Z=√(L/C)，其中L為電纜單位長(cháng)度感抗，C為電纜單位長(cháng)度電容。隨著(zhù)負載的增加，傳輸線(xiàn)上的電容增加（負載電容、負載與總線(xiàn)連接線(xiàn)電容），傳輸電纜特性阻抗相比空載情況下變小。如果負載比較集中，則負載區傳輸電纜特性阻抗和空閑區電纜特性阻抗相差較大，從而會(huì )引起阻抗不匹配。如圖14-1所示。
?圖14-1：負載不均衡的CAN總線(xiàn)原理示意圖
CAN總線(xiàn)阻抗不匹配會(huì )產(chǎn)生信號反射，雪上加霜的是CAN的仲裁機制：在仲裁期間，兩個(gè)或更多個(gè)節點(diǎn)可能同時(shí)發(fā)送多個(gè)顯性位。如圖14-1所示，當開(kāi)關(guān)S1在t=0時(shí)刻從顯性狀態(tài)切換到隱性狀態(tài)，CAN驅動(dòng)器差分輸出電壓為Vs，總線(xiàn)上的差分信號會(huì )由顯性狀態(tài)（Vs）變成穩定的隱性狀態(tài)（0V）。這個(gè)信號波形會(huì )沿著(zhù)總線(xiàn)向下傳播，到達總線(xiàn)的負載區時(shí)，阻抗不匹配引起的反射電壓將返回到源端。
負載與負載之間的最小安全距離d是設備集總負載電容CL和電纜的單位長(cháng)度分布電容C的函數，定義如下：
設備集總負載電容CL包括CAN收發(fā)器引腳、連接器、隔離器件、保護器件、印制電路板走線(xiàn)以及其它物理連線(xiàn)的電容總和。
3.3V的CAN收發(fā)器一般能達到16pF電容，具體可以參考收發(fā)器數據手冊；印制板走線(xiàn)一般0.5pF~0.8pF/cm，這取決于電路板的材質(zhì)和結構；連接器和保護裝置（比如ESD器件）的電容值可能范圍會(huì )很大，具體要參考設備數據手冊；非屏蔽雙絞線(xiàn)介質(zhì)的分布電容大約在40pF/m~70pF/m。
圖14-2給出了更明了的圖表顯示.
?圖14-2：最小CAN設備間距
15. 信號位采樣點(diǎn)位置
信號位采樣點(diǎn)是指CAN節點(diǎn)識別一個(gè)電平邏輯的位置。CAN標準把總線(xiàn)上的每一位都細分為不同的階段，如圖15-1所示。在圖中可以看到，每個(gè)位被分為同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2四個(gè)連續部分。其中采樣點(diǎn)位于相位緩沖段1之后，同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2的持續時(shí)間都是可以編程的，因此采樣點(diǎn)位置也是間接可編程的。
?圖15-1：每一個(gè)數據位的分段示意圖
一般CAN節點(diǎn)是每個(gè)位采樣一次（也可以采樣3次，多用于低速場(chǎng)合），采樣點(diǎn)位置都在一個(gè)位的50%以后的區域，這是為了讓信號電平趨于穩定。采樣點(diǎn)越靠后，波形越穩定。但也不是越靠后越好，采樣點(diǎn)位置超過(guò)95%時(shí)，因為傳輸過(guò)程中的位偏差，可能會(huì )引起錯誤。CIA推薦采樣點(diǎn)為一個(gè)位時(shí)間的87.5%處，實(shí)際項目中，一般設置為70%~90%，大部分汽車(chē)廠(chǎng)商規定采樣點(diǎn)為70~80%。
采樣點(diǎn)略靠后，比如80~90%，有利于遠距離傳輸。提高節點(diǎn)波特率寄存器中的同步跳轉寬度SJW值（加大到3個(gè)單位時(shí)間），可以加大位寬度和采樣點(diǎn)的容忍度。
16. 波特率偏差
由于受到晶振影響，CAN通訊波特率實(shí)際值與理論值會(huì )有偏差。如果兩個(gè)節點(diǎn)之間波特率偏差較大，容易造成誤碼率增大或通訊失敗等問(wèn)題。
CAN標準規定，設定的理論波特率與實(shí)際波特率偏差不得超過(guò)±1%；節點(diǎn)需要容忍的波特率偏差不得小于±3%。
17. 節點(diǎn)容抗
在CAN通訊電路設計過(guò)程中，節點(diǎn)容抗是容易被忽略的。節點(diǎn)容抗包括收發(fā)器引腳電容、PCB走線(xiàn)電容、ESD器件電容以及其它連線(xiàn)電容。
CAN標準對節點(diǎn)容抗有嚴格定義，容抗影響上升沿下降沿斜率，節點(diǎn)容抗增大，上升沿和下降沿會(huì )變緩，導致位時(shí)間畸變，誤碼率增加。上升沿和下降沿變緩會(huì )使得信號延遲變大，在高波特率下，影響信號傳輸質(zhì)量和通訊距離。
節點(diǎn)容抗不易測量，需要專(zhuān)門(mén)儀器。在電路設計時(shí)，要對結合數據手冊中給出的典型值，對CAN接口電路使用的器件總電容值進(jìn)行估算。對于高波特率情況下，單節點(diǎn)電容推薦<>
表17-1：?jiǎn)喂濣c(diǎn)電容最大值
18. 節點(diǎn)數量
可以連接到網(wǎng)絡(luò )上的節點(diǎn)數量由收發(fā)器可以驅動(dòng)的最小負載阻抗來(lái)決定。最大節點(diǎn)數量由下面的公式給出（考慮最壞情況）：
其中：
Rdiff_min：收發(fā)器差動(dòng)輸入阻抗最小值
RL_min：收發(fā)器可驅動(dòng)的負載電阻最小值
RT_min：終端匹配電阻最小值
在上式中，收發(fā)器差動(dòng)輸入阻抗最小值（Rdiff_min）和收發(fā)器可驅動(dòng)的負載阻抗最小值（RL_min）由收發(fā)器芯片決定，終端匹配電阻最小值（RT_min）由傳輸電纜特性阻抗以及具體應用決定。
以本公司使用的PCA82C251收發(fā)器為例，其收發(fā)器差動(dòng)輸入阻抗最小值Rdiff_min = 20K歐姆，收發(fā)器可驅動(dòng)的負載阻抗最小值RL_min = 45歐姆，假設終端匹配電阻最小值RT_min = 120歐姆，則最大節點(diǎn)數量為112個(gè)。
19. 共模電壓范圍
共模電壓是指總線(xiàn)上的發(fā)送節點(diǎn)地和接收節點(diǎn)地之間的電勢差。過(guò)高的共模電壓會(huì )對系統造成影響，可能造成間歇重啟、死鎖、誤碼率增高甚至損害設備。在遠距離通訊系統中，共模干擾的問(wèn)題會(huì )更加突出，因為隨著(zhù)通訊線(xiàn)距離的增加，地環(huán)路會(huì )拾取更多的噪聲，使得共模電壓增大。
目前的CAN收發(fā)器都可以容忍一定的共模電壓，ISO 11898標準規定，CAN收發(fā)器必須能容忍-2V~7V的共模電壓。對于長(cháng)達數千米的CAN通訊系統來(lái)說(shuō)，標準規定的共模電壓容忍能力遠遠達不到實(shí)際要求，因此電流隔離對于遠距離數據傳輸系統來(lái)說(shuō)仍是必須的。
20. 總線(xiàn)短路保護和熱關(guān)斷保護
總線(xiàn)短路保護是指總線(xiàn)與電源或地短路后，CAN收發(fā)器不會(huì )損壞，短路故障解除后，CAN收發(fā)器能繼續工作。這個(gè)特性可以在總線(xiàn)極性反接、電纜絕緣層失效、意外短路到高壓源時(shí)對收發(fā)器提供保護。
熱關(guān)斷電路用于幫助CAN收發(fā)器防御因短路產(chǎn)生破壞性電流和高溫。一旦激活熱關(guān)斷電路，設備會(huì )進(jìn)入關(guān)斷模式。當設備冷卻到正常操作溫度時(shí)，設備自動(dòng)恢復運行。
本公司使用的PCA82C251收發(fā)器具有短路保護和熱關(guān)斷保護。短路保護允許總線(xiàn)與24V電源短接。
21. 電流隔離
遠距離數據傳輸可能會(huì )有較大的地電勢差、地環(huán)流等問(wèn)題，會(huì )在CAN總線(xiàn)上形成高共模電壓。如果共模電壓超出CAN收發(fā)器容忍的最大限度，數據鏈路就會(huì )不正常。
解決這些問(wèn)題的一個(gè)方法是使用電流隔離：隔離變壓器為系統提供電源，光耦或數字隔離器件提供數據隔離。電流隔離可以去除地環(huán)流，抑制噪聲電壓。采用電流隔離的電路如圖21-1所示，本公司CAN接口電路也采用了電流隔離處理。
?圖21-1：遠距離通訊電流隔離電路示意圖
22. CAN接口電路與RS485接口電路
CAN總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)都是采用差分信號傳輸數據，它們在總線(xiàn)拓撲、終端匹配、信號衰減、隔離與接地、波特率與通訊距離關(guān)系等方面都是相似的。但是CAN有自己的一些特性，在接口設計中，不能照抄RS485接口電路。
CAN總線(xiàn)對信號延遲敏感，因此信號隔離必須使用高速光耦或者磁耦合器件，以減少信號延遲。公司大量使用的TLP521光耦因為延遲時(shí)間過(guò)大（微秒級）不可以用于CAN接口電路。
CAN總線(xiàn)對電容敏感，在設計CAN接口電路時(shí)，需要使用CAN專(zhuān)用共模電感、專(zhuān)業(yè)ESD器件；需要根據應用的最大波特率和通訊距離，來(lái)決定是否在CAN總線(xiàn)上增加濾波電容以及濾波電容的大小。
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